Матерія та антиматерія, схоже що, однаково реагують на гравітацію
У рамках експерименту з надзвичайно точного вимірювання співвідношень заряд-маса протонів та антипротонів було виявлено, що в межах невизначеності експерименту матерія та антиматерія реагують на гравітацію однаково.
Про це інформують OstanniPodii.com
Експеримент проводився в ЦЕРНі колаборацією BASE під керівництвом японського Інституту фізико-хімічних досліджень (RIKEN).
Матерія та антиматерія створюють одні з найцікавіших проблем у сучасній фізиці. Вони по суті еквівалентні, за винятком того, що там, де частинка має позитивний заряд, її античастинка має негативний заряд. В іншому вони здаються еквівалентними.
Однак одна з найбільших загадок сучасної фізики, відома як “баріонна асиметрія”, полягає наступному: попри те, що вони здаються еквівалентними, Всесвіт, схоже що, повністю складається з матерії, тоді як антиматерії дуже мало. Звичайно, вчені всього світу намагаються знайти щось відмінне між ними, що могло б пояснити, чому ми існуємо. У рамках цих пошуків вчені дослідили, чи взаємодіють матерія й антиматерія з гравітацією, або ж антиматерія буде відчувати гравітацію інакше, ніж матерія, що порушить слабкий принцип еквівалентності Ейнштейна. Тепер колаборація BASE показала, що у суворих межах антиматерія дійсно реагує на гравітацію так само як і матерія.
Це відкриття, опублікована в Nature, насправді було отримана в результаті іншого експерименту, який вивчав співвідношення заряд-маса у протонів та антипротонів, одного з інших важливих вимірювань, які могли б визначити ключову різницю між ними.
Ця робота тривала 18 місяців на фабриці антиматерії ЦЕРН. Для проведення вимірювання команда помістила у пастку Пенінга антипротони та негативно заряджені іони водню, які вона використовувала для розміщення протонів. У цьому пристрої частинка рухається по циклічній траєкторії з частотою, близькою до циклотронної, яка масштабується відповідно до напруженості магнітного поля пастки та відношення заряд-маса частинки. Подаючи у пастку по черзі антипротони та негативно заряджені іони водню вони змогли виміряти в однакових умовах циклотронні частоти цих двох типів частинок, порівнюючи їх співвідношення заряд-маса.
За словами Стефана Ульмера, керівника проєкту, «Зробивши це, ми змогли отримати результат, що вони по суті еквівалентні, що у чотири рази точніше, ніж попередні вимірювання. На цьому рівні CPT-інваріантність, причинність та локальність зберігаються у релятивістських квантових теоріях поля Стандартної моделі».
Цікаво, що група використовувала вимірювання для перевірки фундаментального закону фізики, відомого як принцип слабкої еквівалентності. Відповідно до цього принципу, різні тіла в одному й тому ж гравітаційному полі повинні зазнавати однакового прискорення за відсутності сил тертя. Оскільки експеримент BASE був розміщений на поверхні Землі, вимірювання циклотронної частоти протонів та антипротонів проводилися в гравітаційному полі на поверхні Землі, і будь-яка різниця між гравітаційною взаємодією протонів та антипротонів призведе до різниці між циклотронними частотами.
Вибираючи зразок гравітаційного поля Землі, коли планета оберталася навколо Сонця, вчені виявили, що матерія та антиматерія реагують на гравітацію однаково до ступеня три частки на 100, що означає, що гравітаційне прискорення матерії та антиматерії є ідентичний в межах 97% від відчутого прискорення.
Ульмер додав, що ці вимірювання можуть привести до нової фізики. Він каже: «Точність гравітаційної взаємодії у 3%, отримана в цьому дослідженні, порівнянна з метою точності гравітаційної взаємодії між антиматерією та матерією, яку інші дослідницькі групи планують виміряти за допомогою атомів антиводню у вільному падінні. Якщо результати нашого дослідження будуть відрізняється від результатів інших груп, воно може привести до зародження абсолютно нової фізики».